抗HIV-1多靶点药物的虚拟筛选

发布时间：2018-04-02 11:30

本文选题：艾滋病　切入点：HIV-1　出处：《安徽大学》2015年硕士论文

【摘要】：艾滋病(AIDS)又叫获得性免疫缺陷综合症(Acquired Immunodeficiency syndrome),是由人类免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus, HIV)引起的严重传染病,它的传播方式有血液传播、性接触和母婴传播3种,其感染的生活周期可以简单的描述为病毒吸附,融合→脱衣壳→逆转录→整合→转录→蛋白的翻译,装配→出芽→形成成熟的HIV病毒颗粒进行新的感染,是一种可以直接破坏人体免疫系统的慢性传染病。到目前为止已经超过6000万人感染HIV病毒,大约有2500万人死于艾滋病,预计HIV感染者每年会以300万的速度快速增加。虚拟筛选是新型药物研究的重要方法,经过虚拟筛选后再做生物学测试,虚拟筛选的命中率会比随机高通量筛选高1700倍。随着结构基因组、蛋白质组学、结构生物学、功能基因组学等的发展,越来越多的蛋白三维结构被测定出来,这些技术上的进步极大地改变了药物研发的思路,形成了新药研发的新模式,即从基因组到药物,而虚拟筛选在这一改变中将发挥巨大的作用。现代药物研发是发现特异作用于引起疾病的某些小分子,这些小分子即为新药的先导化合物,可用于新药的研发。近年来随着科学技术和科学学科的不断发展为药物研发提供了一个全新的想法,即多靶点药物的研发。多靶点药物可以同时作用于引起疾病的多个靶点小分子,对疾病网络中的各个靶点的作用产生协同效应,使多靶点药物的效应之和大于各单靶点效应之和,达到人们预期的治疗效果。目前,治疗艾滋病的最有效的手段是抗逆转录病毒治疗,特别是上世纪九十年代的高效联合抗逆转录病毒疗法(鸡尾酒疗法,HAAR T)发挥了显著作用,但近年随着鸡尾酒疗法的广泛应用,鸡尾酒疗法的副作用、耐药性等问题逐渐突出,而代谢紊乱更是长期治疗副作用中最突出且最复杂的问题,交叉耐药性也成为导致临床治疗失败的一项主要原因,因此寻找多靶点药物,降低用药副作用和病毒的耐药性等已成为抗HIV感染的重要工作。本研究利用虚拟技术在传统的寻找药物先导化合物的方法基础之上进行了一些创新,结合本实验室开发的软件进行药物先导化合物的研发,通过两个方面进行研究：一个方面是基于配体小分子相似性的潜在多靶点先导化合物的筛选；另一个方面是基于靶标的配体结合口袋的相似性进行潜在抗HIV多靶标蛋白的筛选,简单的说明即：(1)基于配体小分子相似性的潜在多靶点先导化合物筛选：我们查阅了一些抗HIV药物开发研究的文献并搜索一些在药物研发方面比较重要的数据库,收集了很多可能与抗HIV药物开发相关的已知的靶标蛋白。潜在治疗艾滋病的靶标蛋白包括两类,一类是HIV病毒自身的蛋白,另一类是HIV宿主的宿主相关蛋白。然后从ChemBL DB数据库查询收集到的与抗HIV相关的潜在靶标蛋白,获得这些靶标所对应的小分子化合物的亲和力等活性数据,我们对这些小分子的活性数据进行筛选,得到抗HIV相关靶标蛋白与小分子化合物的对应关系信息。利用自编python脚本(in-house python scripts)对小分子靶标对应关系进行处理,得到有多个潜在抗HIV靶标的单个配体小分子化合物,此类小分子即可作为潜在的抗HIV多靶标药物研发的先导化合物。(2)基于靶标蛋白的口袋相似性的潜在多靶标蛋白的筛选：研究对第一步得到的潜在与抗HIV相关的靶标蛋白后,在蛋白结构数据库RCSB PDB下载有三维结构的靶标蛋白、分辨率较高且包含的序列长度较长的结构数据。然后利用Fpocke t软件计算得出该靶标的配体结合口袋(ligand binding pocket),我们对计算查找得出的配体结合口袋进行成药性筛选,再将这些成药性高的配体结合口袋利用本实验室开发的蛋白局部结构比对软件CMSA_flex进行口袋相似性计算.首先利用CMASA_flex软件的makeCMASAdb工具建立一个由这些口袋转化的、可以进行抗HIV相关口袋局部结构搜寻的局部结构数据库,再利用CMASA软件的flex_pro_vs_site工具将成药性较高的配体结合口袋进行局部结构相似性计算,并筛选出与查询口袋相似性较高(e value10-6)的口袋,这样即可找出抗HIV相关的靶标蛋白所具有的相似配体结合口袋的对应关系。利用cytoscape软件对获得的靶标与靶标口袋相似关系进行相似网络构建,得到以配体结合口袋相似性连接的潜在的抗HIV靶标蛋白的蛋白网络(potential anti-HIV target proteins network).我们对该蛋白网络进行分析,选取配体结合口袋对应关系最优的靶点蛋白作为潜在可用于抗HIV药物开发的多靶点靶标蛋白,并对其配体结合口袋进行分析,指导抗HIV多靶点药物的开发。通过两个方面的研究本论文共获得6183个多靶点的小分子和6695对在口袋结构上相似的蛋白结构；我们对口袋结构相似的蛋白对构建蛋白网络,得到15簇有生物活性注释的多靶点簇和22个多靶点小分子,22个多靶点小分子对应4对蛋白,分别是MMP7与ADAM17,KAT2B与EP300,NR3C1与HSD1181,PPP2CA与PPP1CC,其中前3对是不同家族蛋白。我们做了进一步分析,对MMP7与ADAM17做了结构比对,发现它们的确有相同的结构域,因此作用于这些蛋白的多靶点小分子可作为潜在的抗HIV-1多靶点先导化合物。这些发现对寻找抗HIV-1多靶点药物有重要的指导意义。
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【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R512.91

【参考文献】